CN202090433U

CN202090433U - 采用预应力金属薄板屋面的矩形结构

Info

Publication number: CN202090433U
Application number: CN2011201285768U
Authority: CN
Inventors: 王丰; 吴金志; 王泽强; 袁英战; 侯国华; 沈斌; 吕李青; 王棣彬; 周黎光; 杜彦凯
Original assignee: Beijing Building Construction Research Institute Co Ltd
Current assignee: Construction Project Quality First Testing Institute Of Beijin
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2021-04-27

Abstract

本实用新型涉及一种采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，包括结构框架、张拉索和屋面板，所述结构框架由边梁、横梁、厚板带和至少两个钢柱列组成，所述钢柱列外侧拉有斜拉索，所述边梁架设在钢柱列的顶端，所述横梁与钢柱列平行，间隔设置在钢柱列之间，所述厚板带垂直横梁间隔设置，横梁和厚板带的交点底面连接有撑杆，撑杆支撑在与厚板带位于同一竖向面的张拉索上，所述屋面板为矩形金属薄板，铺设在厚板带和横梁形成的网格上。实现了金属薄板的屋面板与线性结构共同受力，并克服了现有的与线性结构共同受力的张拉膜容易变形，容易发生破坏的缺点，可广泛应用于大跨度钢结构的结构形式。

Description

采用预应力金属薄板屋面的矩形结构

技术领域

本实用新型涉及一种大跨度钢结构，特别是一种矩形的大跨度钢结构。

背景技术

到目前为止，各种预应力钢结构体系大多是由线型构件共同组成合理的受力体系，来抵抗荷载作用。这些线型构件包括钢索和各种钢结构杆件。这些结构的共同特点，在主体结构成型后，需要设置独立的屋面围护体系，来达到预期的建筑功能。围护体系包括传统的屋面板、轻钢屋面、金属屋面及其支撑体系。

近年来得到广泛应用的，以织物膜材建造的张拉膜结构，采用建筑织物膜材实现了将围护功能与参与结构受力功能合二为一，从这一角度来说，为预应力空间结构技术开辟了新的方向。但是，张拉式膜结构在实际应用中，存在不少问题。首先，由于膜材本身强度较低，尤其是抗撕裂强度差，在大跨度、大体量工程应用中要非常谨慎，尤其是在较强风荷载作用下，膜材容易发生局部破坏从而引起整个结构的坍塌；第二，膜材弹性模量低，属于大变形结构，在荷载作用下往往会产生较大变形，容易导致积水积雪，局部变形，成为结构使用过程中的不利因素。第三，膜材在建造使用过程中极易发生皱褶，影响建筑美观。第四，高强度高性能膜材往往要依赖进口，造价高，使得建筑成本偏高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，要解决屋面围护结构与线性结构不能共同受力的技术问题；并克服现有的与线性结构共同的张拉膜容易变形，容易发生破坏的缺点。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，包括结构框架、张拉索和屋面板，还包括张拉辅助装置，所述结构框架由边梁、横梁、厚板带和至少两列钢柱组成，所述每列钢柱外侧拉有斜拉索，所述边梁架设在钢柱列的顶端，其内侧面上预装有承力外伸板，所述横梁与钢柱列平行，间隔设置在钢柱列之间，所述厚板带垂直横梁间隔设置，横梁和厚板带的交点底面连接有撑杆，撑杆支撑在与厚板带位于同一竖向面的张拉索上，所述屋面板为矩形金属薄板，铺设在厚板带和横梁形成的网格上，并与厚板带铆接，与边梁之间通过张拉辅助装置连接。

所述钢柱之间设置有柱间支撑。

所述柱间支撑为剪刀撑、人字撑或单向斜撑。

所述承力外伸板底面间隔设置有加劲肋板。

所述矩形金属薄板为厚度为0.4～2.0mm的彩钢板、不锈钢或合金板。

所述撑杆两端带有叉耳，张拉索与撑杆连接处扣有两块夹板，所述夹板通过直螺栓B连接，与撑杆相对的夹板上焊接有耳板A，所述耳板A插入叉耳内，两者通过销子固定。

所述横梁和撑杆连接处焊有耳板A，所述耳板A插入叉耳内，两者通过销子固定。

所述张拉索端部带有叉耳，所述钢柱和边梁交接处焊接有耳板B，所述耳板B插入叉耳内，两者通过销子固定。

所述张拉辅助装置包括辅助张拉板，角钢，承力外伸板和U型螺栓，所述角钢的水平肢相对拼在辅助张拉板的两侧，并通过直螺栓A连接为一体，所述辅助张拉板与承力外伸板位于同一水平面，且两者之间留有缝隙，所述承力外伸板和角钢的竖肢之间通过U型螺栓连接，所述辅助张拉板与屋面板焊接。

所述辅助张拉板比屋面板厚。

与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：

首先，本实用新型通过对张拉索施加预应力，可间接对金属薄板施加预应力，从而使其与下部结构构件共同受力，共同抵抗外部荷载，改变了传统屋面结构多重传力体系和相对复杂的构造做法，使得整个结构更为轻盈、简洁、现代，同时提高整个结构体系的整体性和承受荷载的效率，是对现有预应力空间结构体系的丰富和拓展。

其次，由于金属板材料强度高，性能稳定，经济性好，薄钢板材目前是我国钢材产品的重点发展方向，近年来已建有成熟的生产线和加工工艺，产量大幅度增长，产品规格型号丰富，且能够保证良好的力学性能和产品质量，可定型化生产，同时，本实用新型通过将受力构件及围护构件合二为一，可实现对材料强度的充分利用，因此，在大跨度公共建筑、工业建筑、仓储及临时建筑中有很好的应用前景。

另外，本实用新型所提供的这种结构体系具有自重轻、使较大跨度的实施成为可能，同时结构合理、施工简便，在大跨度结构中具备明显经济性优势。

再者，预应力金属薄板在此结构体系中始终处于弹性受拉状态，能够充分利用钢材受拉强度高的特点，体现了节约材料、节约能源、保护环境的技术发展方向。

本实用新型可广泛应用于大跨度钢结构的结构形式。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是线性构件骨架示意图。

图2是本实用新型结构示意图。

图3是图2中A处详图。

图4是张拉索和撑杆连接详图。

图5是撑杆与横梁连接详图。

图6是张拉索与边梁连接详图。

附图标记：1－屋面板、2－斜拉索、3－撑杆、4－横梁、5－边梁、6－钢柱、7－张拉索、8－厚板带、9－辅助张拉板、10－U型调节螺栓、11－柱间斜撑、12－承力外伸板、13－加劲肋板、14－角钢、15－直螺栓A、16－夹板、17－直螺栓B、18－耳板A、19－叉耳、20－销子、21－耳板B。

具体实施方式

实施例参见图1和图2所示，一种采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，包括结构框架、张拉索7和屋面板1，还包括张拉辅助装置，所述结构框架由至少两列钢柱6、边梁5、横梁4和厚板带8组成，所述每列钢柱6外侧拉有斜拉索2，所述边梁5架设在钢柱列的顶端，其内侧面上预装有承力外伸板12，所述横梁4与钢柱列平行，间隔设置在钢柱列之间，所述厚板带8垂直横梁4间隔设置，横梁4和厚板带8的交点底面连接有撑杆3，撑杆3支撑在与厚板带位于同一竖向面的张拉索7上，所述屋面板1为矩形金属薄板，铺设在厚板带8和横梁4形成的网格上，并与厚板带8铆接，与边梁5之间通过张拉辅助装置连接。

所述钢柱列的相邻钢柱之间设置有柱间支撑6。

所述柱间支撑6为剪刀撑、人字撑或单向斜撑。

所述承力外伸板12底面间隔设置有加劲肋板13。

张拉索和撑杆连接详图参见图4，所述撑杆3两端带有叉耳19，张拉索7与撑杆3连接处扣有两块夹板16，所述夹板16通过直螺栓B17连接，与撑杆3相对的夹板16上焊接有耳板A18，所述耳板A18插入叉耳19内，两者通过销子20固定。

撑杆与横梁连接详图参见图5，所述横梁4和撑杆3连接处焊有耳板A18，所述耳板A18插入叉耳19内，两者通过销子20固定。

张拉索与钢柱和边梁连接详图参见图6，所述张拉索7端部带有叉耳19，所述钢柱和边梁交接处焊接有耳板B21，所述耳板B21插入叉耳19内，两者通过销子20固定。

张拉辅助装置详图参见图3，包括辅助张拉板9，角钢14，承力外伸板12和U型螺栓10，所述角钢14的水平肢相对拼在辅助张拉板9的两侧，并通过直螺栓A15连接为一体，所述辅助张拉板9与承力外伸板12位于同一水平面，且两者之间留有缝隙，所述承力外伸板12和角钢14的竖肢之间通过U型螺栓10连接，所述辅助张拉板9与屋面板1焊接。

所述辅助张拉板9比屋面板1厚。

整个结构的传力机制为：外荷载首先传至预应力金属薄板，然后由金属薄板传递至钢结构件和预应力拉索，最后传至基础。

为充分利用材料强度，张拉完成后，金属薄板内预应力应达到薄板屈服强度的40%~50%以上。

Claims

1.一种采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，包括结构框架、张拉索（7）和屋面板（1），其特征在于：还包括张拉辅助装置，所述结构框架由边梁（5）、横梁（4）、厚板带（8）和至少两列钢柱（6）组成，所述每列钢柱（6）外侧拉有斜拉索（2），所述边梁（5）架设在每列钢柱的顶端，其内侧面上预装有承力外伸板（12），所述横梁（4）与钢柱列平行，间隔设置在钢柱列之间，所述厚板带（8）垂直横梁（4）间隔设置，横梁（4）和厚板带（8）的交点底面连接有撑杆（3），撑杆（3）支撑在与厚板带位于同一竖向面的张拉索（7）上，所述屋面板（1）为矩形金属薄板，铺设在厚板带（8）和横梁（4）形成的网格上，并与厚板带（8）铆接，与边梁（5）之间通过张拉辅助装置连接。

2.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述钢柱之间设置有柱间支撑（6）。

3.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述柱间支撑（6）为剪刀撑、人字撑或单向斜撑。

4.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述承力外伸板（12）底面间隔设置有加劲肋板（13）。

5.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述矩形金属薄板为厚度为0.4～2.0mm的彩钢板、不锈钢或合金板。

6.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的圆形结构，其特征在于，所述撑杆（3）两端带有叉耳（19），张拉索（7）与撑杆（3）连接处扣有两块夹板（16），所述夹板（16）通过直螺栓B（17）连接，与撑杆（3）相对的夹板（16）上焊接有耳板A（18），所述耳板A（18）插入叉耳（19）内，两者通过销子（20）固定。

7.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的圆形结构，其特征在于，所述横梁（4）和撑杆（3）连接处焊有耳板A（18），所述耳板A（18）插入叉耳（19）内，两者通过销子（20）固定。

8.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的圆形结构，其特征在于，所述张拉索（7）端部带有叉耳（19），所述钢柱和边梁交接处焊接有耳板B（21），所述耳板B（21）插入叉耳（19）内，两者通过销子（20）固定。

9.根据权利要求1所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述张拉辅助装置包括辅助张拉板（9），角钢（14），承力外伸板（12）和U型螺栓（10），所述角钢（14）的水平肢相对拼在辅助张拉板（9）的两侧，并通过直螺栓（15）连接为一体，所述辅助张拉板（9）与承力外伸板（12）位于同一水平面，且两者之间留有缝隙，所述承力外伸板（12）和角钢（14）的竖肢之间通过U型螺栓（10）连接，所述辅助张拉板（9）与屋面板（1）焊接。

10.根据权利要求9所述的采用预应力金属薄板屋面的矩形结构，其特征在于，所述辅助张拉板（9）比屋面板（1）厚。